Перечень вопросов к дифференцированному зачету

по учебной дисциплине ОП. 04 Материаловедение

специальность 42. 02. 02 Издательское дело

заочная форма обучения

1.Сырье для производства бумаги. Состав растительных волокон.

Основное сырье современной целлюлозно-бумажной промышленности — древесина различных пород (ель, бук, тополь, осина и др.), однолетние растения: тростник, камыш, а также хлопковый линт (хлопковые очесы). Растительные волокна отвечают всем необходимым требованиям, которые предъявляются к волокнистым материалам для изготовления бумаги:

— они обладают достаточной прочностью и гибкостью;

— размалываются с образованием тонких микроволокнистых элементов, что обеспечивает лучшее их между собой;

— устанавливают водородные связи между собой, что обеспечивает скрепление волокон в листе бумаги в местах их переплетения.

Эти свойства придает волокну целлюлоза — полимер, имеющий линейное строение, с большим числом гидро-ксильных групп. И чем больше в исходном сырье целлюлозы, тем ценнее этот волокнистый материал для производства бумаги.

В чистом виде целлюлоза в природе не встречается. Волокна хлопка содержат 90-95% целлюлозы, волокна льна — 80-85%, в различных видах древесины содержание целлюлозы колеблется в пределах 40-60%, в стеблях соломы — 30-35%. Кроме целлюлозы растительные клетки содержат так называемые инкрустирующие вещества — лигнин, который придает волокнам жесткость и хрупкость. Лигнин несветопрочен, поэтому волокна, содержащие лигнин, со временем желтеют.

Наиболее распространенное сырье для производства волокнистых полуфабрикатов — древесина хвойных и лиственных пород. Волокна хвойных  пород древесины имеют большую длину и поэтому являются более ценным сырьем для изготовления бумаги. Содержащийся в древесных волокнах лигнин придает им жесткость и хрупкость, волокна плохо переплетаются и бумага получается малопрочной, пористой и негладкой. Склонность лигнина к пожелтению резко снижает ее белизну.

Поэтому для производства гладкой, прочной и белой бумаги используют волокнистые полуфабрикаты, не содержащие лигнина: древесную целлюлозу, хлопок и др. Для других видов бумаги используют целлюлозу в смеси с более дешевым полуфабрикатом — древесной массой, содержащей лигнин.

Древесная целлюлоза и древесная масса — основные нистые полуфабрикаты для производства бумаги.

2.Свойства целлюлозы сульфитного и сульфатного способов получения. Схема процесса.

Целлюлозу получают химической обработкой древесины, из которой при этом выводятся инкрустирующие вещества, главным образом лигнин. В настоящее время широко применяют два способа получения целлюлозы: сульфитный (кислотный) и сульфатный (разновидность щелочного).

При сульфитном способе целлюлозу получают из хвойных пород деревьев с небольшим содержанием смолы, например ели, пихты. Щепу загружают в железные закрытые котлы, покрытые изнутри кислотоупорным слоем, и заливают варочной кислотой, т. е. раствором бисульфита кальция Ca(HSO3)2 который в водной среде распадается на сернистую кислоту H2SO3 и сульфит кальция CaSO3/ Варка ведется при t 140-150С и при давлении 5066-6079гПа (5-6атм) в течение 8-12 ч. В процессе варки лигнин взаимодействует с сернистой кислотой, и образуются очень активные лигнинсульфоновые кислоты, которые могут разрушить волокна целлюлозы. Однако присутствующий в варочной кислоте сульфит кальция нейтрализует лигнинсульфоновые кислоты переводя их в растворимые соли кальция лигнин-сульфоновых кислот, которые при промывке целлюлозы удаляются. Затем целлюлозу сортируют, так как после промывки могут остаться непроваренные пучки волокон, щепа и др. Лучшей целлюлозой является та, из которой в процессе варки удалено возможно большее количество лигнина без разрушения целлюлозных волокон. Так как лигнинсульфоновые кислоты, образующиеся в процессе варки, могут частично разрушить целлюлозу и тем самым уменьшить прочность волокна, то процесс варки ведут не полного удаления лигнина. В зависимости от продолжительности варки получают целлюлозу с различным содержанием лигнина: в мягкой целлюлозе — 1-2%, в средней — 3-4%, в жесткой — 5-6%. Выход целлюлозы при сульфитном способе составляет 45-50% инкрустирующие вещества при этом переходят в раствор.

Целлюлоза, полученная в процессе варки древесины, отличается низкой белизной, поэтому не пригодна для изготовления высококачественной белой бумаги. Для повышения белизны целлюлоза подвергается отбелке. Лучшие виды печатной бумаги изготовляют на основе беленой, а более дешевые, например газетную, № 3 и др. — из небеленой сульфитной целлюлозы.

В последние годы стал широко применяться сульфатный способ получения целлюлозы. Основным реагентом здесь является щелочь NaOH и сернистый натрий Na2S. Щепу варят при более высокой, чем при сульфитном способе, температуре 165-175  и большем давлении (7092-8106гПа, или 7-8атм), в результате продолжительность варки сокращается до 1.5-2ч. Щелочь разрушает лигнин без заметного разрушения целлюлозы и переводит в растворимое состояние смолы, содержащиеся в древесине. При сульфатном способе в качестве сырья могут быть исполь- зованы смолистые породы деревьев, например сосна в виде отходов строительных материалов (горбыли, рейки).

Важную роль в процессе варки играет сернистый натрий: в водных растворах он распадается на едкий натр и сульфогидрат натрия

Na2S+H2O = NaSH+NaOH

Таким образом, сернистый натрий повышает содержание щелочи в растворе, а сульфогидрат натрия, что самое важное, образует с лигнином продукт — тиолигнин, легко растворимый в щелочах.

Сульфатная целлюлоза обладает высокой прочностью, но имеет коричневый цвет — волокна окрашиваются растворенными смолами. Поэтому небеленую сульфатную целлюлозу используют только для изготовления высокопрочной упаковочной и оберточной бумаги.

Процесс отбелки сульфатной целлюлозы очень сложен и дорог. Но благодаря высокой прочности беленую сульфатную целлюлозу применяют для изготовления высококачественной бумаги для документов, денежных знаков, тонкой словарной и др.

Сульфатный способ производства целлюлозы в последние годы находит все более широкое применение и является более перспективным по сравнению с сульфитным, так как позволяет перерабатывать отходы деревообрабатывающей промышленности из хвойных и лиственных пород древесины. Кроме того, при этом способе удается практически полностью регенерировать образующиеся в процессе варки щелока.

3.Виды древесной массы, влияние на свойства и показатели качества бумаги.

Древесная масса представляет собой волокнистый материал, получаемый механическим измельчением древесины. Древесная масса неоднородна: наряду с волокнистыми частицами, в ней много мелких пылевидных и крупных частиц неправильной формы.

Бурая древесная масса. Особенность производства бурой древесной массы заключается в предварительном пропаривании балансов перегретым паром перед их обработкой на дефибрерах. Под действием перегретого (120° С) пара происходит размягчение и частичное растворение смол и лигнина, находящихся в древесине, что облегчает разделение древесины на волокна. В результате дефибрирования получается длинноволокнистая масса с большей прочностью и эластичностью волокон. Однако растворенные смолы придают волокну темную, бурую окраску, не поддающуюся отбелке. Бурая древесная масса идет для изготовления переплетного картона и дешевой оберточной бумаги.

Химическая древесная масса — волокнистый полуфабрикат, получаемый путем истирания на рафинерах щепы, предварительно пропитанной раствором сульфата натрия или бисульфита натрия. В процессе пропитки древесина набухает, лигнин частично разрушается, что ослабляет связь между волокнами и уменьшает их жесткость. В результате облегчается процесс истирания щепы и получается более однородный и длинноволокнистый полуфабрикат без пучков и обрывков волокон с выходом по волокну 85-90%. Применяемые реагенты являются побочными продуктами химического производства, поэтому химическая древесная масса значительно дешевле целлюлозы. Химическая древесная масса отличается пониженной белизной, но она легко отбеливается. Отбеленную химическую древесную массу применяют в некоторых видах печатной бумаги вместо более дорогой древесной целлюлозы.

Термомеханическая древесная масса перспективный волокнистый полуфабрикат,  получаемый при обработке щепы (отходы лесопильной и деревообрабатывающей промышленности) на дисковых мельницах, рафинерах.

Предварительно щепу выдерживают при повышенных температуре и давлении, после чего ее подают на дисковую мельницу для размола. В результате такой обработки происходит размягчение лигнина, волокна легко фибриллируются. Получают прочный длинноволокнистый полуфабрикат, который позволяет значительно сократить или полностью исключить целлюлозу в производстве многих видов бумаги и картона. Термомеханическую массу обязательно подвергают отбелке.

Для производства термомеханической древесной массы может использоваться щепа самых различных пород деревьев: пихты, сосны, ели, березы, осины и др.

Белая древесная массв получаемая истиранием баланса (хорошо очищенных от коры бревен длиной 125 см) на дефибрере, имеет почти тот же химический состав, что и древесина, из которой она изготовлена. Древесная масса содержит значительное количество лигнина. Ее волокна не способны самостоятельно образовывать прочную бумагу. Поэтому при изготовлении печатной бумаги белую древесную массу всегда смешивают с некоторым количеством сульфитной или беленой сульфатной целлюлозы. Белая древесная масса имеет белый с желтоватым оттенком цвет.Однако древесная масса улучшает печатные свойства бумаги: повышает непрозрачность, пластичность, капиллярность, улучшает способность воспринимать краски и прочно закрепляет их избирательным впитыванием. Но белая масса имеет нежелательный желтоватый оттенок и делает бумагу несветопрочной и недолговечной из-за содержания в ней лигнина. Поэтому древесную массу надо применять осмотрительно и только для тех бумаг, которые не требуют продолжительного хранения, например для газетной и книжно-журнальной.

Беленая древесная масса получается отбелкой древесной массы бисульфитом кальция или натрия, гидросульфитом цинка или перекисью водорода. Бумага из беленой древесной массы по внешнему виду напоминает чисто целлюлозную бумагу. Однако, как и всякая бумага с древесной массой, темнеет и теряет механическую прочность под действием лучей солнечного света и при длительном хранении. Беленая древесная масса применяется при изготовлении высокосортной газетной, печатной №2 и 3 и т.п. бумаги

Рафинерная древесная масса поучается измельчениемдревесной щепы на рафинерах. При этом получается древесная масса более высокого качества потому, что на рафинерах древесная щепа не истирается, а расчленяется на отдельные относительно длинные волокна. Еще лучшие результаты удается получить при предварительном 6-часовом воздействии на щепу раствора бисульфита кальция при 230 С, который размягчает лигнин и делает щепу более податливой к расчленению на длинные волокна. Такую древесную массу называют термомеханической. Из нее можно делать, без добавления целлюлозы, газетную бумагу. Термомеханическая масса улучшает качество и остальных видов печатной бумаги.

4.Свойства белой древесной массы. Схема процесса.

Белая древесная массв получаемая истиранием баланса (хорошо очищенных от коры бревен длиной 125 см) на дефибрере, имеет почти тот же химический состав, что и древесина, из которой она изготовлена. Древесная масса содержит значительное количество лигнина. Ее волокна не способны самостоятельно образовывать прочную бумагу. Поэтому при изготовлении печатной бумаги белую древесную массу всегда смешивают с некоторым количеством сульфитной или беленой сульфатной целлюлозы. Белая древесная масса имеет белый с желтоватым оттенком цвет.Однако древесная масса улучшает печатные свойства бумаги: повышает непрозрачность, пластичность, капиллярность, улучшает способность воспринимать краски и прочно закрепляет их избирательным впитыванием. Но белая масса имеет нежелательный желтоватый оттенок и делает бумагу несветопрочной и недолговечной из-за содержания в ней лигнина. Поэтому древесную массу надо применять осмотрительно и только для тех бумаг, которые не требуют продолжительного хранения, например для газетной и книжно-журнальной.

5.Свойства бурой древесной массы. Схема процесса получения.

Особенность производства бурой древесной массы заключается в предварительном пропаривании балансов перегретым паром перед их обработкой на дефибрерах. Под действием перегретого (120° С) пара происходит размягчение и частичное растворение смол и лигнина, находящихся в древесине, что облегчает разделение древесины на волокна. В результате дефибрирования получается длинноволокнистая масса с большей прочностью и эластичностью волокон. Однако растворенные смолы придают волокну темную, бурую окраску, не поддающуюся отбелке. Бурая древесная масса идет для изготовления переплетного картона и дешевой оберточной бумаги.

6.Свойства термомеханической древесной массы. Схема процесса получения.

Термомеханическая древесная масса получается при предварительном 6-часовом воздействии на щепу раствора бисульфита кальция при 230 С , который размягчает лигнин в межклеточных пространствах и делает щепу более податливой к расчленению на длинные волокна.

Получают прочный длинноволокнистый полуфабрикат, который позволяет значительно сократить или полностью исключить целлюлозу в производстве многих видов бумаги и картона. Термомеханическую массу обязательно подвергают отбелке.

Для производства термомеханической древесной массы может использоваться щепа самых различных пород деревьев: пихты, сосны, ели, березы, осины и др.

7.Общая характеристика целлюлозного волокнистого материала из отходов хлопка и другого растительного сырья, оборотного брака бумажных фабрик и макулатуры.

Целлюлоза может быть получена не только из древесины, но и из другого растительного сырья.

До разработки способа получения древесной целлюлозы единственным источником сырья для выработки бумаги были лен, хлопок, пенька. Получаемая из них бумага отличалась высокой прочностью, долговечностью. Однако в настоящее время это сырье находит ограниченное применение из-за высокой стоимости. Из всех перечисленных волокон сейчас применяют только хлопковый линт, который идет на изготовление высококачественной бумаги для документов, денежных знаков, а также писчей, картографической и др. Производство массы из хлопкового линта сводится к его сортировке, дезинфицированию и варке в растворах едкого натра извести и др. Нити в дальнейшем разделяют на волокна, которые отбеливают и подвергают массному размолу.

Для изготовления бумаги может быть использована и целлюлоза, содержащаяся в соломе, стеблях кукурузы, тростника, камыша, бамбука и пр. В этих растениях содержится до 40% целлюлозы, и ее выделяют сульфатным способом.

Важный и дешевый источник сырья для бумажной промышленности — макулатура. Различают два вида макулатуры: 1) оборотный брак бумажных фабрик, который тут же используют для изготовления бумаги, и 2) брак и обрезки полиграфических, картонажных и других производств, а также старые газеты, книги, журналы. Макулатуру разваривают в щелочи, в результате чего из бумаги выводятся клеящие вещества, разрушается и частично обесцвечивается печатная краска. Макулатура, будучи вторичным сырьем, используется для изготовления оберточной бумаги, картона и некоторых видов печатной бумаги.

8.Общая схема производства бумаги.

Производство бумаги — сложный и трудоемкий процесс; он складывается из следующих этапов:

— приготовление бумажной массы;

— отлив бумаги (процесс формирования бумажного листа);

— отделка бумаги.

Основной процесс бумагоделательного производства — формирование бумаги из волокнистого полуфабриката. Бумажный лист получают в результате удаления воды из бумажной массы, представляющей собой сильно разбавленную суспензию волокон в воде. Вода отфильтровывается через металлическую сетку, а волокна сближаются и переплетаются между собой. Чтобы лист был тонким, прочным, гладким и плотным, волокна должны быть соответствующим образом подготовлены. От этого зависят многие свойства и качество бумаги.

9.Наполнители, их влияние на свойства бумаги.

Наполнители представляют собой белые порошкообразные нерастворимые в воде минеральные вещества. В качестве наполнителей используют фракционированный (высокодисперсный, отбеленный) каолин, бланфикс, химически осажденный мел, двуокись титана и др. (табл. 2). Назначение наполнителя — придать бумаге более равномерную капиллярно-пористую структуру, повысить плотность и гладкость. Оттиск на бумаге, содержащей наполнитель, получается более четким, книжный блок более плотным, с ровным и чистым обрезом, что придает книге компактность, улучшает ее внешний вид. Чем выше коэффициент преломления наполнителя по сравнению с целлюлозой, тем меньше прозрачность бумаги. Благодаря высокому коэффициенту отражения наполнителя, повышается белизна бумаги.

Наиболее белую и непрозрачную бумагу получают при введении в бумажную массу двуокиси титана, однако применение этого наполнителя ограничено из-за его высокой стоимости. Чаще всего в бумажную массу для печатной бумаги вводят каолин и бланфикс.

О количестве введенного в бумагу наполнителя судят по зольности, т. е. по содержанию золы в бумаге после ее сжигания. Зольность выражают в процентах отношением веса золы к весу абсолютно сухой бумаги.

Нужно иметь в виду, что наполнители снижают прочность бумаги, так как, располагаясь между волокнами, ослабляют силы сцепления между ними. Но отрицательное влияние наполнителей  уменьшается при сочетании с синтетическими проклеивающими веществами (латекс СКС-65ГП, поливинилацетатная дисперсия и др.). Это позволяет увеличить предельное содержание наполнителя у обычной не мелованной бумаги с 23% до 28% без снижения прочности бумаги.

В бумагу вводят различное количество наполнителя. Малозольная бумага содержит меньше 6% наполнителя, среднезольная — от 6 до 18%, повышенной зольности-18-23%, высокозольная- больше 23%.

Введение в бумагу наполнителя позволяет экономить дорогой волокнистый материал и снизить стоимость бумаги.

10. Схема технологии приготовления бумажной массы.

Бумажной массой называют подготовленные для отлива волокнистые компоненты бумаги в виде водной суспензии, чаще всего в смеси с наполнителями, проклеивающими веществами и подцветкой.

Приготовление бумажной массы состоит из нескольких технологических операций, необходимых для придания бумаге нужных свойств:

— размол волокнистых полуфабрикатов;

— составление композиции бумаги — смешение различных волокнистых полуфабрикатов между собой в заданном соотношении;

— введение наполнителей;

— проклеивающих веществ;

— подцветки.

Разнообразия свойств различных видов бумаги при ограниченном ассортименте волокнистых полуфабрикатов достигают разной степенью помола (измельчение) волокон.

Размол волокнистых полуфабрикатов. Волокнистые полуфабрикаты, применяемые для производства бумаги, различаются формой, строением и размерами волокна, от чего зависят структура и свойства бумага.

Тонкие, гибкие, плотно прилегающие друг к другу волокна образуют более плотную, гладкую и прочную бумагу, а толстые волокна — рыхлую, пористую,шероховатую.

Размол заключается в механической обработке волокон в водной среде с целью: 1) расчленить комочки и сгустки волокон; 2) укоротить волокна; 3) расщепить (фибриллировать) 4) обеспечить их набухание и гидратацию.

Размолу подвергают волокна хлопкового линта и древесной хвойной целлюлозы. Не размалывают волокна лиственной целлюлозы из-за их малых размеров, а также древесной массы, так как хрупкие волокна при размоле крошатся. Необходимая степень измельчения волокон древесной массы достигается в процессе дефибрирования и рафинирования.

Размол производят в размалывающих аппаратах (конические и дисковые мельницы, массные роллы и др.) в присутствии воды при концентрации волокна 2-8%.  Независимо от типа размалывающих аппаратов принцип размола один и тот же и заключается в следующем. Проходя между ножами (рис. 4) ротора и статора (в конической мельнице) или между размалывающими ножами цилиндра и планки (в массном ролле), зазор между которыми можно регулировать, волокна укорачиваются и расчесываются с поверхности расщепляются т. е. фибриллируются.

Размол — наиболее важная операция в процессе подготовки бумажной массы. Фибриллированные волокна способны прочно сцепляться между собой и образовывать однородную по структуре, плотную бумагу. Степень помола можно регулировать. Для изготовления пористых, впитывающих видов бумаги волокна в процессе размола должны быть укорочены без расщепления в продольном направлении. Такой помол волокна, называемый садким, получается при помощи острых ножей, установленных на малом расстоянии друг от друга (0,1 мм). Тупые ножи, установленные друг от друга, на сравнительно большом расстоянии (1 мм), небольшое давление, более высокая концентрация массы обеспечивают фибриллирование волокон с поверхности. Этот вид помола называют жирным.

От степени помола волокон зависят свойства бумаги. Садкий помол ведет к образованию рыхлого, пористого, непрозрачного листа с хорошей впитывающей способностью. В результате жирного помола получают сильно разработанные, фибриллированные волокна, которые, хорошо переплетаясь, образуют плотную, ную бумагу, но ее прозрачность при этом увеличивается.

Размол волокон может быть осуществлен не только при пропускании их между ножами различных размалывающих тов, но и в результате акустического, вибрационного и других воздействий.

11. Виды проклеивающих веществ, их влияние на свойства бумаги.

Целлюлозные волокна в силу своей молекулярной природы гидрофильны. Они хорошо смачиваются водой и впитывают ее, легко набухают и увеличивают размеры даже при поглош,ении влаги из воздуха. С целью повышения устойчивости бумаги к действию влаги в бумажную массу вводят гидрофобизующие проклеивающие вещества. К гидрофобизующим относятся канифоль, парафин и др. Для повышения прочности вводят связывающие проклеивающие вещества, например крахмал, казеин, которые благодаря молекулярному сродству с целлюлозным волокном увеличивают связь между волокнами и тем самым повышают прочность бумаги. Кроме того, связывающие проклеивающие вещества способствуют удержанию наполнителя в бумаге. Проклейка в массе заключается в смешении проклеивающего вещества с волокнистой массой. Чаще всего для этой цели применяют канифоль, как хороший гидрофобизатор. В процессе проклейки бумажной массы частички канифоли осаждаются на волокнах, защищая последние от действия влаги. Так как канифоль является дефицитным природным продуктом, то в последние годы ее стали частично заменять синтетическими смолами. Используют полиакрил-амид (ПАА), меламино-формальдегидные смолы (МФС) и др. Введение в бумажную массу полиакриламида не только повышает гидрофобность бумаги, но способствует лучшему удержанию наполнителя в бумажной массе. Меламино-формальдегидные смолы придают бумаге не только гидрофобность, но и влагопроч-ность, т. е. способность сохранять прочность при увлажнении.

Устойчивость бумаги к действию влаги оценивают степенью проклейки по чернильно-штриховому методу, заключающемуся в измерении наибольшей ширины нанесенного водными чернилами штриха, не расплывающегося на поверхности бумаги. Различают бумагу слабо проклеенную- со степенью проклейки 0,25-0,5мм; средне проклеенную 0,75-1,00мм и высоко 1,25- 1,75, мм. Но этот метод не дает полного представления о водостойкости бумаги. Так, МФС придает бумаге не только гидрофобность, но и влагопрочность, что не удается определить штриховым методом. Для оценки отношения бумаги к воде определяют ее деформацию при увлажнении.

12. Подцветка и окрашивание бумажной массы.

Для придания бумаге большей белизины в бумажную массу, кроме наполнителей, вводят небольшое количество синих и фиолетовых красящих веществ. Благодаря поглощению синими краси телями желтых лучей спектра, исчезает желтоватый оттенок волокон. Синие красящие вещества служат как бы светофильтром, поглощающим лучи желтой части спектра.

Значительно повышают белизину бумаги флуоресцирующие отбеливающие вещества, например бланкофор P или белофор, которые, поглощая ультрафиолетовые лучи, излучают световую энергию с большей длиной волны в области видимой части спектра, что повышает количество отраженного света и делает бумагу более белой.

13. Схема технологии получения бумажного полотна на бумагоделательной машине.

Основная операция бумагоделательного производства — отлив, т. е. формирование из бумажной массы листа бумаги в результате отфильтровывания из нее воды и переплетения волокон между собой. По мере обезвоживания волокна сближаются, переплетаются и оседают на сетке, образуя лист.

Бумагоделательная машина состоит из четырех основных частей: сеточной, прессовой, сушильной и отделочной Процесс отлива заключается в следующем. Готовая бумажная масса поступает в машинный бассейн, откуда ее перекачивают в смесительное устройство, где разбавляют водой до концентрации волокна 0,1-0,3% (в зависимости от заданных толщины и массы 1 м2 бумаги). Затем бумажная масса очищается, проходя через вихревые очистители, и поступает в напорно-распредели-тельное устройство из которого под определенным давлением выливается на сетку 2 бумагоделательной машины. Сетка в виде бесконечной ленты движется со скоростью от 5 до 20 м/с и сотрясается в поперечном направлении для более равномерного распределения волокон. В бумажной массе, движущейся с большой скоростью, происходит ориентация волокон в направлении движения сетки. Это обусловливает неодинаковую прочность бумаги в различных направлениях. Прочность бумаги всегда выше в машинном направлении (в направлении движения сетки). Непрерывный поток разбавленной бумажной массы постепенно обезвоживается сначала за счет свободного стекания воды, затем под действием вакуума создаваемого в отсасывающих ящиках 3 и, наконец, при помощи отсасывающего гауч-вала 4 в конце сетки. Бумажная масса превращается в полотно сырой бумаги.

Бумага имеет разную гладкость с каждой стороны полотна. На стороне, прилегающей к сетке, остаются следы от нее (маркировка), поэтому гладкость сеточной стороны бумаги всегда ниже гладкости верхней стороны. Неоднородна и плотность бумаги из-за неравномерного переплетения волокон и распределения наполнителя в толще бумаги.

Из сеточной части бумажное полотно, содержащее около 18-22% волокна, поступает в прессовую часть мащины, где подвергается дальнейщему обезвоживанию и уплотнению. Содержание волокна при этом достигает 30-40%.

В прессовой части мокрое полотно бумаги, поддерживаемое сукнами, проходит между гладкими металлическими цилиндрами (рис. 5). Затем бумага высушивается, проходя через специальные сушильные цилиндры 5, охлаждается, огибая холодные цилиндры, и поступает в машинный каландр 7.

Каландр состоит из тяжелых металлических валов, лежащих друг на друге. Бумажное полотно, пропущенное сверху вниз между движущимися валами каландра, уплотняется, гладкость верхности бумаги повышается. Бумага, прошедшая машинный каландр, приобретает машинную гладкость и затем наматывается на рулон 8.

В последние годы созданы более совершенные бумагоделательные машины с формированием бумажного полотна между двумя сетками. Наличие двух сеток, между которыми пропускают бумажную массу, позволяет получать бумажное полотно, обе сто роны которого обладают одинаковыми свойствами, что способствует получению идентичных оттисков при печати. Кроме того, за счет уменьшения зоны формирования бумажного полотна, на этих машинах достигается большая скорость работы.

Печатная бумага выпускается в рулонах и листах стандартных форматов (табл.

Целлюлозно-бумажные комбинаты поставляют типографиям в основном рулонную бумагу. В типографиях переработка рулонной бумаги на листовую приводит к значительным ее потерям. В настоящее время перед целлюлозно-бумажной промышленностью поставлена задача полностью удовлетворять потребности полиграфических предприятий в листовой бумаге. Это позволит сократить сверхнормативные расходы бумаги в типографиях.

Один из источников экономии бумаги — правильная упаковка, аккуратная транспортировка и бережное ее хранение в специально оборудованных складских помещениях.

14. Основные части бумагоделательной машины и их влияние на свойства бумаги.

Основная операция бумагоделательного производства — отлив, т. е. формирование из бумажной массы листа бумаги в результате отфильтровывания из нее воды и переплетения волокон между собой. По мере обезвоживания волокна сближаются, переплетаются и оседают на сетке, образуя лист.

Бумагоделательная машина состоит из четырех основных частей: сеточной, прессовой, сушильной и отделочной Процесс отлива заключается в следующем. Готовая бумажная масса поступает в машинный бассейн, откуда ее перекачивают в смесительное устройство, где разбавляют водой до концентрации волокна 0,1-0,3% (в зависимости от заданных толщины и массы 1 м2 бумаги). Затем бумажная масса очищается, проходя через вихревые очистители, и поступает в напорно-распредели-тельное устройство из которого под определенным давлением выливается на сетку 2 бумагоделательной машины. Сетка в виде бесконечной ленты движется со скоростью от 5 до 20 м/с и сотрясается в поперечном направлении для более равномерного распределения волокон. В бумажной массе, движущейся с большой скоростью, происходит ориентация волокон в направлении движения сетки. Это обусловливает неодинаковую прочность бумаги в различных направлениях. Прочность бумаги всегда выше в машинном направлении (в направлении движения сетки). Непрерывный поток разбавленной бумажной массы постепенно обезвоживается сначала за счет свободного стекания воды, затем под действием вакуума создаваемого в отсасывающих ящиках 3 и, наконец, при помощи отсасывающего гауч-вала 4 в конце сетки. Бумажная масса превращается в полотно сырой бумаги.

Бумага имеет разную гладкость с каждой стороны полотна. На стороне, прилегающей к сетке, остаются следы от нее (маркировка), поэтому гладкость сеточной стороны бумаги всегда ниже гладкости верхней стороны. Неоднородна и плотность бумаги из-за неравномерного переплетения волокон и распределения наполнителя в толще бумаги.

Из сеточной части бумажное полотно, содержащее около 18-22% волокна, поступает в прессовую часть мащины, где подвергается дальнейщему обезвоживанию и уплотнению. Содержание волокна при этом достигает 30-40%.

В прессовой части мокрое полотно бумаги, поддерживаемое сукнами, проходит между гладкими металлическими цилиндрами (рис. 5). Затем бумага высушивается, проходя через специальные сушильные цилиндры 5, охлаждается, огибая холодные цилиндры, и поступает в машинный каландр 7.

Каландр состоит из тяжелых металлических валов, лежащих друг на друге. Бумажное полотно, пропущенное сверху вниз между движущимися валами каландра, уплотняется, гладкость верхности бумаги повышается. Бумага, прошедшая машинный каландр, приобретает машинную гладкость и затем наматывается на рулон 8.

В последние годы созданы более совершенные бумагоделательные машины с формированием бумажного полотна между двумя сетками. Наличие двух сеток, между которыми пропускают бумажную массу, позволяет получать бумажное полотно, обе сто роны которого обладают одинаковыми свойствами, что способствует получению идентичных оттисков при печати. Кроме того, за счет уменьшения зоны формирования бумажного полотна, на этих машинах достигается большая скорость работы.

Печатная бумага выпускается в рулонах и листах стандартных форматов (табл.

Целлюлозно-бумажные комбинаты поставляют типографиям в основном рулонную бумагу. В типографиях переработка рулонной бумаги на листовую приводит к значительным ее потерям. В настоящее время перед целлюлозно-бумажной промышленностью поставлена задача полностью удовлетворять потребности полиграфических предприятий в листовой бумаге. Это позволит сократить сверхнормативные расходы бумаги в типографиях.

Один из источников экономии бумаги — правильная упаковка, аккуратная транспортировка и бережное ее хранение в специально оборудованных складских помещениях.

15. Процессы отделки бумаги и их влияние на ее свойства.

К отделке бумаги относят операции дополнительной обработки ее поверхности, например лощение, поверхностную проклейку, окраску, нанесение покровного пигментного слоя (мелова-ние) и тиснение. Если нужно получить бумагу повышенной плотности и гладкости, с высоким лоском поверхности, то после предварительного увлажнения бумагу пропускают через суперкаландр. Суперкаландр, в отличие от машинного каландра, состоит из набивных бумажных (или суконных) валов, чередующихся с металлическими. Бумага проходит между валами под высоким давлением.

Лощение проводят при t 71-82 С.

Благодаря наличию бумажных валов и обогреву металлических, бумага приобретает не только высокую гладкость, но и глянец, лоск. Поэтому бумагу, пропущенную через суперкаландр, называют глазированной.

Некоторые виды печатной бумаги подвергают поверхностной проклейке. Образующаяся клеевая пленка придает поверхности бумаги высокую прочность, предотвращает выщипывание волокон красками в процессе печатания снижает пылимость бумаги.

Для поверхностной проклейки применяют крахмал и его дификации: окисленный, ацетилированный и др. Особенно эффективна поверхностная проклейка некоторыми производными целлюлозы, например натриевой солью которая образует на поверхности бумаги прочную гибкую пленку. Для поверхностной проклейки широко применяют поливиниловый спирт (ПВС) и каучуковые полимеры (латексы).

Специальная отделка требуется при изготовлении так называемой мелованной бумаги, представляющей собой бумагу-основу, на поверхность которой нанесена пигментно-клеевая суспензия. В качестве пигментов применяют каолин, бланфикс, мел, дву окись титана. Клеящими веществами служат казеин, желатин, латекс. Кроме того, в суспензию для мелования вводят диспергаторы, антисептики, пеногасители.

Меловальная суспензия наносится на поверхность бумаги-основы при помощи воздушных шаберов, затем бумагу сушат и пропускают через суперкаландр. Меловой слой можно наносить однократно и многократно, с одной и двух сторон. При однократном меловании получают тонкую мелованную бумагу.

16. Основные свойства бумаги. Показатели свойств бумаги предусмотренные стандартом.

Бумага в процессе печатания испытывает самые разнообразные механические воздействия: сжатие, изгиб, растяжение, а в процессе пользования печатным изделием, кроме механических воздействий, бумага подвергается действию света, изменяющейся влажности и др. Все эти испытания бумага должна пройти без разрушения и сохраняться без изменения свойств в течение тельного времени, J

Свойства бумаги, которые обеспечивают нормальное проведение технологического процесса (печатание, брошюрование, отделка печатной продукции) называются технологическими. К ним относятся:

— ровность и гладкость поверхности, обеспечивающие контакт бумаги с формой;

— мягкость, т. е. способность бумаги сглаживаться под давлением;

— впитывающая способность, определяющая восприятие и закрепление краски на оттиске;

— механические свойства (прочностные и деформационные), благодаря которым бумага выдерживает различные воздействия в технологическом процессе;

— оптические характеристики: белизна, непрозрачность, глянец, определяющие контраст и правильную цветопередачу изображения.

Большое практическое значение имеют также потребительские свойства, т. е. те, которые определяют внешний вид печатной продукции и обеспечивают ее долговечность. К ним относятся

—светонрочность, т. е. устойчивость свойств бумаги при продолжительном действии света;

— устойчивость к изменению атмосферных условий (температура,

— механические и оптические свойства, которые являются как технологическими, так и потребительскими.

Для обеспечения выпуска высококачественной продукции в типографиях введена комплексная система управления качеством продукции (КСУКП), которой предусматривается обязательный входной контроль соответствия свойств материалов Государственным стандартам (Нормативно-техническая

На все виды печатной бумаги установлены технические показатели, соблюдение которых для бумагоделательных фабрик обязательно. Это, прежде всего: масса бумаги площадью 1 плотность (объемная масса), показатели прочностных свойств, характеризующих сопротивление бумаги разрыву и излому; гладкость поверхности, впитывающая способность, влажность, линейная деформация при увлажнении, оптические свойства — белизна и непрозрачность.

В настоящее время во ВНИИ полиграфии разработан ГОСТ на метод определения печатных свойств бумаги, что позволяет предопределить поведение бумаги непосредственно в процессе печатания. Сущность метода заключается в запечатывании образца бумаги на пробопечатном устройстве при заданном режиме печатания с последующим измерением красковосприятия, которое количественно характеризуется критической толщиной слоя краски на форме, соответствующей оптимальному значению величины оптической плотности оттиска равной 1,4 для глазированной и высокоглазированной бумаги и 1,3 для бумаги машинной гладкости. Оценивается также однородность печати, просвечивание изображения на оборотную сторону оттиска, скорость закрепления краски, стойкость поверхности бумаги к выщипыванию.

При поступлении бумаги в типографию ее вначале подвергают визуальному контролю. Проверяют формат, прямоугольность обреза, определяют направление волокон (направление отлива) в листе, верхнюю и сеточную сторону. У бумаги машинной гладкости с сеточной стороны обычно видна маркировка сетки бумагоделательной машины. Структуру бумаги оценивают при рассмотрении листа в проходящем свете. При этом можно обнаружить различное распределение волокон: на одних участках — сгустки, на других — просветы. Неравномерный просвет бумаги характеризуется как размерами сгустков волокон, так и их распределением. Просвет бумаги должен быть равномерным.

При внешнем осмотре бумаги можно обнаружить следующие дефекты: залощенные полосы, пятна, складки, морщины, дырча-тость, волнистость, сорность и др. Бумагу с обнаруженными дефектами отбирают, взвешивают и определяют процент брака от общего количества просмотренной бумаги. Брак не должен превышать в печатной бумаги № 1 — бумаги № 2 и № 3 2%.

Несоответствие бумаги стандартам может привести к сверхнормативным отходам и простоям оборудования, что понижает экономическую эффективность работы предприятия.

17. Структура бумаги и показатели ее характеризующие. Методы определения.

Важнейшими характеристиками структуры являются плотность и пористость бумаги.

Плотность определяют отношением массы листа бумаги к его объему и выражают в г/см3.

Для различных видов бумаги плотность колеблется в пределах от 0,5 г/см3 — для рыхлых, пористых и до 1,2 г/см3 — для сильно уплотненных видов бумаги.

Плотность бумаги зависит от вида и степени помола волокна, количества наполнителя, от степени каландрирования бумаги и др. Так, бумага из древесной целлюлозы жирного помола имеет более высокую плотность, чем древесной массы. Жирный помол волокна, наполнители, каландрирование увеличивают плотность бумаги.

Пористость (наличие межволоконных пространств) бумаги косвенно связана с плотностью. Чем больше плотность бумаги, тем меньше ее пористость.

Хорошо фибриллированные целлюлозные волокна жирного помола наполнители и каландрирование снижают пористость бумаги ги; садкий помол волокон, наличие в бумаге древесной массы увеличивают пористость.

Высокая пористость бумаги обеспечивает хорошую впитывающую способность и, следовательно, влияет на скорость закрепления краски, но в то же время в результате сильного впитывания краски оттиски получаются менее контрастными, менее насыщенными.

На более плотной, менее пористой бумаге достигается более высокая четкость изображения.

Неоднородность структуры бумаги. Бумага является капиллярно-пористым неоднородным материалом. Неоднородность бумаги обусловлена многокомпонентностью ее состава и особенностями технологии изготовления. В процессе дефибрирования древесины и размола целлюлозы получают волоконца разных размеров. Сами волокна распределяются в толще листа также неравномерно, образуя более или менее плотные участки, которые хорошо видны при рассматривании бумаги «на просвет». Неравномерно и распределение частиц наполнителя в толще листа. Содержание наполнителя с сеточной стороны на 15-18% меньше, чем с верхней.

Неоднородность структуры бумаги оказывает влияние на многие ее свойства. Так, бумага имеет неравномерную толщину, различную гладкость и впитывающую способность с верхней и сеточной сторон листа, разную прочность в машинном и поперечном направлениях и др. Неоднородность свойств бумаги ухудшает ее качество и вызывает большие трудности в работе с ней.

Государственные стандарты нормируют допустимые отклонения показателей свойств, которые должны соблюдаться изготовителями бумаги.

18. Характеристика поверхности бумажного полотна.

Гладкость - основное свойство бумаги, характеризующее ее поверхность. Гладкая бумага обеспечивает полный контакт с поверхностью жесткой печатной формы, к которой бумага прижимается под определенным давлением. От полноты контакта бумаги с формой зависит точность воспроизведения элементов изображения. Таким образом, чем выше гладкость поверхности бумаги, тем больше ее разрешающая способность, т. е. возможность воспроизведения на ней самых мелких деталей изображения, а следовательно, выше качество печати. На очень гладкой поверхности полная пропечатка всех элементов изображения может быть достигнута при минимальном давлении.

Получить бумагу с абсолютно гладкой поверхностью невозможно. Поверхность бумаги всегда имеет микронеровности, образующиеся в процессе ее изготовления в результате переплетения волокон и наличия частичек наполнителя на ее поверхности. Плохое измельчение и скопление волокон, а также случайные грубые включения образуют макронеровности. Кроме того, на стороне листа, обращенной к сетке бумагоделательной мащины, остаются следы сетки, что увеличивает шероховатость сеточной стороны бумаги.

Иногда размеры неровностей на поверхности бумаги соизмеримы с размерами печатающих элементов, а иногда и значительно больше их. В этом случае при печатании между бумагой и печатающими элементами не будет полного контакта, что вызовет на отдельных участках потерю элементов изображения, т. е. непропечатку.

Гладкость бумаги значительно повышается при введении наполнителя и особенно при нанесении на ее поверхность в процессе мелования покровного пигментного слоя, который закрывает неровности бумаги-основы. Только на высокогладкой мелованной бумаге могут быть воспроизведены мелкие печатающие элементы с высоколиниатурных форм.

Для оценки гладкости бумаги применяют пневматический прибор Б-1. Условной характеристикой гладкости служит время в необходимое для прохождения 10 мл воздуха между поверхностью бумаги и полированной поверхностью стеклянного кольца площадью в 10 см2 при среднем вакууме в приборе 506,5 гПа (0,5 атм), при давлении на бумагу в 980,6 гПа (1 Гладкость, измеренная этим прибором, находится в следующих пределах: для бумаги машинной гладкости от 30 до 100 с; глазированной 150 до 300 с; высокоглазированной от 350 до 550 с; высокоглазированной  мелованной до 2000

Хорошее качество печати может быть достигнуто и на не очень гладкой бумаге, но под определенным давлением, когда в процессе печатания происходит сжатие бумаги и выравнивание ее поверхности. Гладкость, определенная под давлением, называется эффективной или печатной гладкостью. Сглаживание поверхности бумаги в момент ее контакта с печатной формой увеличивает разрешающую способность бумаги, улучшает точность воспроизведения оригинала, увеличивает переход краски с формы на бумагу. Следовательно, качество печати зависит не только от первоначальной гладкости поверхности бумаги, а и от эффективной гладкости, т. е. способности бумаги деформироваться под давлением.

19. Показатели гладкости бумаги. Методы определения.

Гладкость - основное свойство бумаги, характеризующее ее поверхность. Гладкая бумага обеспечивает полный контакт с поверхностью жесткой печатной формы, к которой бумага прижимается под определенным давлением. От полноты контакта бумаги с формой зависит точность воспроизведения элементов изображения. Таким образом, чем выше гладкость поверхности бумаги, тем больше ее разрешающая способность, т. е. возможность воспроизведения на ней самых мелких деталей изображения, а следовательно, выше качество печати. На очень гладкой поверхности полная пропечатка всех элементов изображения может быть достигнута при минимальном давлении.

Получить бумагу с абсолютно гладкой поверхностью невозможно. Поверхность бумаги всегда имеет микронеровности, образующиеся в процессе ее изготовления в результате переплетения волокон и наличия частичек наполнителя на ее поверхности. Плохое измельчение и скопление волокон, а также случайные грубые включения образуют макронеровности. Кроме того, на стороне листа, обращенной к сетке бумагоделательной мащины, остаются следы сетки, что увеличивает шероховатость сеточной стороны бумаги.

Иногда размеры неровностей на поверхности бумаги соизмеримы с размерами печатающих элементов, а иногда и значительно больше их. В этом случае при печатании между бумагой и печатающими элементами не будет полного контакта, что вызовет на отдельных участках потерю элементов изображения, т. е. непропечатку.

Гладкость бумаги значительно повышается при введении наполнителя и особенно при нанесении на ее поверхность в процессе мелования покровного пигментного слоя, который закрывает неровности бумаги-основы. Только на высокогладкой мелованной бумаге могут быть воспроизведены мелкие печатающие элементы с высоколиниатурных форм.

Для оценки гладкости бумаги применяют пневматический прибор Б-1. Условной характеристикой гладкости служит время в необходимое для прохождения 10 мл воздуха между поверхностью бумаги и полированной поверхностью стеклянного кольца площадью в 10 см2 при среднем вакууме в приборе 506,5 гПа (0,5 атм), при давлении на бумагу в 980,6 гПа (1 Гладкость, измеренная этим прибором, находится в следующих пределах: для бумаги машинной гладкости от 30 до 100 с; глазированной 150 до 300 с; высокоглазированной от 350 до 550 с; высокоглазированной  мелованной до 2000

Хорошее качество печати может быть достигнуто и на не очень гладкой бумаге, но под определенным давлением, когда в процессе печатания происходит сжатие бумаги и выравнивание ее поверхности. Гладкость, определенная под давлением, называется эффективной или печатной гладкостью. Сглаживание поверхности бумаги в момент ее контакта с печатной формой увеличивает разрешающую способность бумаги, улучшает точность воспроизведения оригинала, увеличивает переход краски с формы на бумагу. Следовательно, качество печати зависит не только от первоначальной гладкости поверхности бумаги, а и от эффективной гладкости, т. е. способности бумаги деформироваться под давлением.

20. Показатели механических свойств бумаги. Методы определения.

Механические свойства проявляются в реакции материала механические воздействия. Под действием приложенного напряжения материал может или деформироваться (изменять форму) без разрушения, или испытывать разрушение, если приложенное напряжение больше предела прочности. Таким образом, механические свойства объединяют две группы свойств:

— прочностные свойства, характеризующие сопротивление материала разрушению при механических воздействиях,

— деформационные свойства, характеризующие деформируемость материала без разрушения.

Прочность бумаги, т. е. ее сопротивление разрушению при механических воздействиях — важная характеристика, определяющая возможность использования бумаги в печатных и других машинах и обеспечивающая сохранность и долговечность готовых печатных изделий. Прочность бумаги имеет и большое экономическое значение.

Например, при печатании газет из-за недостаточной прочности бумаги может произойти обрыв бумажного полотна. Проводка в машине занимает не менее 15 мин. За это время простоя печатной машины, работающей со сравнительно невысокой скоростью (20 000 об/ч), можно отпечатать 20 000 экз. газет (за один оборот выходят четыре четырехполосные

Таким образом, недостаточная прочность бумаги приводит к непроизводительным простоям печатных машин. Кроме того, низкая прочность бумаги заставляет снижать скорость печатания.

Прочностные свойства бумаги зависят от ее состава и структуры. При механическом воздействии на бумагу возможно разрушение самих волокон, но более вероятно нарушение связей между ними. Поэтому прочность бумаги, как правило, определяется не прочностью самого волокна, а прочностью связей между волокнами.

Расщепление, фибриллирование волокон в процессе их ла способствует увеличению числа связей между волокнами и, следовательно, прочности бумаги. Частицы наполнителя, располагаясь между волокнами, служат как бы и ослабляют эти связи. Различные проклеивающие вещества по-разному влияют на прочность. Гидрофобные (например, канифоль), не имеющие сродства с целлюлозными волокнами, образуют хрупкие, легко разрушающиеся связи. Гидрофильные проклеивающие вещества, близкие по молекулярной природе к волокну (например, крахмал), повышают прочность бумаги. Увлажнение •бумаги приводит к снижению ее прочности.

Прочность бумаги зависит от ее структуры и поэтому неоднородна в различных направлениях листа. Прочность на разрыв в машинном направлении может в несколько превышать прочность на разрыв в поперечном направлении. зависит от толщины бумаги: при сравнении бумаги одного состава, но разной толщины более толстая оказывается более прочной.

Для испытания прочностных свойств бумаги применяют ные методы, воспроизводящие условия различных стадий технологического процесса при изготовлении полиграфической продукции. Значения этих показателей условны и зависят от способа их •определения.

Прочность бумаги бумаги на разрыв и удлинение при растяжении характеризуются усилием (в необходимым для разрыва полоски бумаги стандартной ширины (15 мм), и измеряется на специальном приборе динамометре. По ГОСТу проч ность бумаги на разрыв определяется разрывной длиной. Это рас-четная длина такой полоски бумаги в метрах, при которой она разрывается от собственного веса, будучи свободно подвешенной за один конец.

Таким образом, разрывная длина является условной характеристикой предела прочности и, будучи величиной, независимой от толщины бумаги, характеризует общую прочность структуры бумаги. Показатель разрывной длины введен в стандарт изготовителями бумаги и позволяет контролировать процесс изготовления бумаги, определять влияние отдельных факторов (вид волокна, степень помола, количество наполнителя, проклейки и др.) на  прочность структуры бумаги.

Важным показателем, предопределяющим бумаги при растяжении, является относительное значение удлинения (е)

На практике возможны случаи, когда менее прочная, но склонная к большему растяжению бумага оказывается не поврежденной и, наоборот, более прочная, но жесткая бумаги рвется в бума- системе ротационной печатной машины.

Прочность бумаги на излом играет большую роль в процессе использования полиграфической продукции. Особенно важен этот показатель для бумаги картографической, обложечной, форзацной, документной, предназначенной для изготовления крупноформатных вклеек, вкладок, которые при использовании подвергаются многократным перегибам при складывании.Прочность на излом характеризуется числом двойных перегибов на 180°, выдерживаемых бумагой без разрушения, и определяется на приборе — фальцере. Полоску бумаги подвергают многократному изгибанию металлической планкой, имитируя многократно повторяющийся процесс фальцовки.

Прочность бумаги на надрыв имеет важное значение для рулонной бумаги, особенно при печатании газет на быстроходных ротационных машинах, когда нередко происходит обрыв мажного полотна из-за недостаточного сопротивления кромки надрыву. Прочность бумаги на надрыв можно определить на метре, зажимая образец бумаги с перекосом. Тогда растягивающее усилие распределяется не равномерно по всему сечению полоски бумаги, а концентрируется на натянутой кромке.

Прочность поверхности бумаги к истиранию важна при печатании на быстроходных рулонных машинах. При трении о металлические детали бумагопроводящей системы мелкие волокна и частички наполнителя могут отделяться от поверхности бумаги, образуя бумажную пыль, которая загрязняет печатную форму, красочный аппарат и понижает качество печатной продукции.

Прочность бумаги к истиранию повышается при поверхностной проклейке. Контролируют истирание весовым методом, определяя потери в массе бумаги в стандартных условиях истирания и выражая их в процентах по отношению к первоначальной массе листа бумаги.

Если поверхность бумаги недостаточно прочна, то может происходить «выщипывание» волокон, т. е. разрушение поверхностного слоя бумаги при печатании липкими красками. «Выщипывание» наблюдается и у мелованной бумаги в результате срыва покровного слоя.

Прочность бумаги на выщипывание характеризуется скоростью работы пробопечатного устройства, при которой начинается разрушение поверхности бумаги. Оттиск получают специальным препаратом с определенным значением липкости.

Деформационные свойства являются важнейшей характеристикой печатной бумаги, предопределяющей ее поведение при тании и выполнении других технологических операций. Под действием нагрузки, приложенной к бумаге, последняя деформируется. При этом характер деформации может быть различным в зависимости от значения приложенной нагрузки и времени ее действия. Деформационные свойства бумаги проявляются на всех стадиях технологического процесса; разрушение бумаги происходит после деформации.

В бумаге, как в типично твердом материале, могут проявляться упругие и эластические деформации. способность к обратимым деформациям, возникающим под действием напряжения (нагрузки) P и исчезающим при снятии нагрузки. Для идеально упругих тел соотношение между напряжением и относительной деформацией е описывается законом Гука.

Типично упругие материалы характеризуются малым значением деформации Это объясняется тем, что деформация твердых тел происходит в результате растяжения валентных связей и преодоления сил ионного и молекулярного притяжения, которые действуют на небольших расстояниях и резко убывают с увеличением расстояний между частицами, что приводит к разрушению материала.

Модуль упругости характеризует сопротивление материала деформированию. Чем большее напряжение требуется для деформации на одно и то же значение, тем больше модуль, тем больше жесткость материала.

Модуль упругости стали — типично упругого достигает гПа — это способность к большим обратимым деформациям при действии небольших напряжений. Эластичность привысокомолекулярным соединениям с линейным строением макромолекул, состоящих из цепочек макромолекул, которые в свободном, ненапряженном состоянии свернуты в клубок. Молекула непрерывно изгибается и принимает различные пространственные формы, называемые конформациями (рис. Под действием напряжения макромолекула растягивается, и, чем больше нагруз-

Рис. 7. Схема изгибания молекулярных

цепей линейного строения:

а — вытянутая б — вращение

вокруг валентных связей, в —

одна из изогнутых

дому значению приложенного напряжения соответствует равновесная степень растяжения, отсюда пропорциональная, подобная закону Гука, зависимость между значением деформации и напряжением:

Но модуль эластичности значительно меньше модуля упругости. Объясняется это тем, что эластичный материал деформируется значительно легче упругого, так как преодолевается не энергия химических связей, значительно меньшая энергия теплового движения. Поэтому типичные эластичные материалы (например, каучук) под действием даже небольших нагрузок способны значительно деформироваться. Относительная деформация достигает 1000%, размер может измениться в десять раз.

Модуль эластичности каучука имеет значение 980,6 гПа (1 т. е. в раз меньше, чем у стали. Таким образом, эластичный каучук деформируется в миллион раз легче, чем упругая сталь.

Эластическая деформация нарастает под действием нагрузки, а также спадает после разгрузки постепенно, а не мгновенно в отличие от упругой, так как требуется время для равновесной степени растяжения, а затем свертывания макромолекулы

в клубок. Но как и упругая, тическая деформация является полностью обратимой, т. е. после снятия нагрузки происходит полное восстановление первоначальных размеров и формы.

Особенность деформационных свойств бумаги. Бумага для печати на различных этапах технологического процесса (печатание, фальцовка, тиснение и др.) испытывает самые различные механические воздействия: сжатие, растяжение, изгиб.

При этом значение напряжения, вызывающего деформацию, и время воздействия также различны.

Бумага с крайне неоднородной структурой. Из-за неоднородности структуры в машинном и поперечном направлениях, в ней проявляются различные деформационные свойства. Еще более существенно различаются в зависимости от условий деформирования (сжатие, растяжение), и от значения приложенного напряжения.

В условиях растяжения бумага оказывает большое сопротивление, ее удается растянуть только на при этом модуль растяжения составляет т. е. значения, близкие модулю упругости стали. Таким образом, при растяжении бумага ведет себя как жесткий упругий материал. Жесткость бумаги различна в зависимости от направления отлива (рис. В машинном направлении из-за большого числа волокон и связей между ними бумага более жесткая, модуль тяжения на несколько порядков больше, чем в поперечном направлении. При сжатии достигается значительно большая ная за счет пористой структуры бумаги. В результате модуль сжатия по сравнению с модулем растяжения значительно меньше и составляет гПа

Деформационные свойства бумаги играют важную роль в личных полиграфических процессах. Для оценки поведения бума ги в процессе печатания и в процессах важно знать характер ее деформирования в различных условиях. Во время печатания, когда бумага находится между печатным цилиндром и формой, она испытывает значительное действие давления. В результате возникает деформация сжатия, за счет которой сглаживаются неровности поверхности бумаги. Кроме того, в высокой печати при вдавливании элементов формы в бумагу одновременно со сжатием происходит растяжение бумаги. Эти местные растяжения бумаги при вдавливании в нее печатающих элементов приводят к образованию оборотного рельефа. После контакта бумаги с формой образующийся рельеф может исчезнуть, если в бумаге возникли только упругоэластические деформации. Образование значительного рельефа, т. е. возникновение остаточных деформаций в случае недопустимо, потому что он затрудняет печатание с оборотной стороны листа. Следовательно, в процессе печатания в бумаге должны возникать только обратимые упругоэластические деформации.

В офсетной печати допускается применение более жесткой бумаги, так как неровная поверхность жесткой бумаги вступает в контакт с легко деформирующейся резинотканевой пластиной, и пропечатка на жесткой бумаге достигается за счет деформации пластины. Поэтому офсетным способом можно печатать на различных жестких поверхностях: металле, пластмассе, дереве и др.

В брошюровочно-переплетных процессах при фальцовке оттисков, обжиме блока и др. необходимо, чтобы в бумаге проявилась остаточная деформация, которая развивается в результате уплотнения структуры и частичных местных разрушений волокон, что обеспечивает большую устойчивость фальца, более компактный блок и устойчивое рельефное изображение. Для достижения значительной остаточной деформации образцы выдерживают при большом давлении течение продолжительного времени при подогреве.

Необходимые деформационные свойства задаются бумаге в процессе ее изготовления. Так, при наличии в композиции древесной массы и наполнителя она легче деформируется. Проклеивающие вещества, чрезмерное каландрирование придают бумаге жесткость.

21. Показатели влагостойкости и впитывающей способности бумаги. Способы определения.

Восприятие бумагой краски зависит от способности ее поверхности смачиваться Краской и от впитывающей способности бумаги. Как правило, все печатные краски хорошо смачивают поверхность бумаги. Практически впитывающая способность бумаги по отношению к краске зависит в первую очередь от ее пористости. Чем больше пористость бумаги, тем интенсивнее процесс впитывания. Однако общая пористость бумаги, о которой судят по ее плотности, не характеризует впитывающую бумаги по отнощению к различным краскам.

Скорость и глубина впитывания краски зависят от количества и размеров пор, а также от состава и свойств печатной краски.

Бумага с крупными порами, например газетная, хорошо впитывает краску.

Это обеспечивает быстрое ее закрепление на бумаге. Однако чрезмерное впитывание снижает интенсивность отпечатков и может привести к прониканию краски на оборотную сторону бумаги, т. е. к «пробиванию» оттиска.

Получение же интенсивных оттисков на крупнопористой бумаге потребует значительного увеличения толщины красочного слоя, что приведет к отмарыванию и перерасходу краски. Для оценки впитывающей способности бумаги в лабораторных условиях существует много различных методов, основанных на определении скорости проникновения в бумагу краски или жидких ее составляющих (связующие, Например, метод ГОЗНАКа основан на впитывании в бумагу растворителя ксилола, поэтому приближенно воспроизводит процесс закрепления красок глубокой печати.

Для оценки впитывающей способности бумаги для высокой печати определяют время впитывания капли касторового масла, ди-бутилфталата и др.

Отношение бумаги к влаге. В состав печатной бумаги входят растительные волокна, которые в силу своего химического строения, наличия большого числа гидроксильных групп обладают гигроскопичностью. Поэтому бумага легко поглощает и отдает влагу. Если в помещение с высокой влажностью поместить сухую бумагу, то наблюдается поглощение бумагой влаги из воздуха, и, наоборот, в сухом помещении влага испаряется из влажной бумаги.

Относительная влажность воздуха выражается в процентах и характеризуется отношением количества водяных паров, находящихся в воздухе при данных условиях, к количеству, необходимому для достижения состояния насыщенности воздуха влагой. Каждой температуре и давлению воздуха соответствует свое максимально возможное содержание влаги такой воздух называется насыщенным.

Каждому значению относительной влажности воздуха соответствует свое строго определенное содержание влаги в бумаге. Количество